Скосарь Юлия Генриховна. Совершенствование технологии глубокой осушки природного газа

Краткое описание

Скосарь Юлия Генриховна. Совершенствование технологии глубокой осушки природного газа : диссертация... кандидата технических наук : 05.17.07 Москва, 2007 250 с. РГБ ОД, 61:07-5/2721

Российский Государственный Университет нефти и газа имени И.М. Губкина
На правах рукописи
Скосарь Юлия Генриховна
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ГЛУБОКОЙ ОСУШКИ
ПРИРОДНОГО ГАЗА
Специальность 05.17.07- Химия и технология топлив и специальных продуктов
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель д.т.н., профессор Т.Г. Гюльмисарян
Москва - 2007
стр.
Введение 4
Глава 1. Современное состояние технологии адсорбционной осушки природного газа (литературный обзор).
1.1. Современные представления о применяемых промышленных
адсорбентах 8
1.2. Анализ зарубежной и отечественной литературы об осушке и очистке
природного газа на цеолите 9
1.2.1.Закономерности адсорбции и десорбции компонентов природного газа на цеолите 17
1.2.2. Накопление «кокса» в гранулах цеолита 21
1.2.3. Регенерация цеолита 26
1.3. Одновременная адсорбционная осушка и очистка природного газа от
углеводородов на силикагелях и других адсорбентах 27
1.3.1. Регенерация силикагелевого адсорбента 40
1.4. Отходы газового конденсата 43
1.5. Цель и задачи диссертационной работы 50
Глава 2. Объекты и методы исследования.
2.1. Объекты исследования 52
2.2. Стандартные методы исследования газа, нефти и конденсата 57
2.2.1. Лабораторная перегонка отходов газового конденсата 60
2.3. Инструментальные методы исследования 61
2.3.1. Хроматографический метод анализа газа 61
2.3.2. Технические требования на качество природного газа и приборы для
измерения значения температуры точки росы газа по влаге 74
2.3.3. Метод хромато-масс-спектрометрии 77
2.4. Описание технологической схемы установки 84
2.5. Методика проведения экспериментов по оценке эффективности
одновременной работы нескольких адсорбентов в производственных условиях 87
2.6. Метод определения воды в адсорбенте после адсорбции 92
Глава 3. Влияние свойств адсорбентов на выход и качество продуктов.
3.1. Анализ результатов мониторинга качества газа, поступающего в систему магистральных газопроводов ООО «Пермтрансгаз»
и на выходе из нее 98
3.1.1. Заключение 106
3.2. Экспериментальная оценка поведения адсорбентов 107
3.2.1. Поведение индивидуальных адсорбентов 107
3.2.2. Поведение композиций адсорбентов 110
3.2.3. Поведение многослойных адсорбентов 113
3.2.4. Вывод 128
Глава 4. Разработка технологии осушки природного газа.
4.1. Промышленные испытания комбинированных адсорбентов 129
4.2. Причины низкой эффективности работы системы осушки импульсного
газа 131
4.3. Предлагаемые пути решения проблемы 132
4.3. Материальный баланс циклов адсорбции и регенерации 136
4.4. Обоснование выбора технологической схемы регенерации адсорбента... 138
4.4.1. Выводы и рекомендации 148
4.5. Разработка технологического регламента 150
4.6. Пути использования отходов газового конденсата 152
4.7. Экономический эффект от внедрения предложенных разработок (регенерации адсорбента, применения комбинированных силикагелей
и использования отходов газоконденсата 160
Общие выводы 163
Список литературы 164
Приложения 181
По мере истощения нефтяных ресурсов природный газ уверенно выдвигается на передовые позиции в мировой экономике. Россия занимает второе место по добыче природного газа и его ресурсам, владея около 30% общемировых запасов газа и обеспечивая около 23% мировой добычи. Мировые запасы (по состоянию на 01.01.2006 г.) и добыча природного газа в
і
2006 г. по регионам составляет, млрд, м (% общемировые запасы и добыча газа):
запасы газа добыча газа
Россия 47 700 (27,9 %) 632,7 (22,5 %)
в том числе Газпром 28 920 (16,9 %) 545,1 (19,4 %)
Северная Америка 7 446 (4,3 %) 756,0 (27,0 %)
Южная Америка 7 090 (4,1 %) 131,0 (4,7 % )
Европа 6 635 (3,9 %) 362,8 (12,9 %)
Африка 13 487 (7,9%) 155,0 (5,5 %)
Ближний и Средний Восток 71376 (41,7%) 278,6 (9,9 %)
Азия - Океания 17 442 (10,2 %) 491,0 (17,5 %)

В свою очередь, ОАО «Газпром» - крупнейшая газодобывающая компания занимает первое место в мире по объему контролируемых запасов газа - 28,0 трлн, м3 в 2004 г., в 2005 г. - 28,9 трлн, м3, в 2006 г. запасы природного газа выросли на 210,8 млрд, м3 до 29,1 трлн, м3, что составляет около 60 % российских и около 20% мировых запасов природного газа. На долю Газпрома приходится около 20% мировой добычи и 35 % мировой торговли газом. Главной целью геолого - разведочных работ, проводимых Газпромом, является восполнение объемов добычи углеводородов запасами промышленных категорий в районах газодобычи: Надым-Пур-Тазовский регион, включая акватории Обской и Тазовской губ и Прикаспийская нефтегазоносная провинция, а также подготовка сырьевой базы в перспективных регионах: полуостров Ямал, шельф арктических морей, Восточная Сибирь, Дальний Восток. В 2006 г. прирост запасов газа за счет
7
геолого - разведочных работ, составившей 583,4 млрд, м , существенно
превысил объем его добычи - 547,9 млрд, м, что соответствует
стратегическим целям России. В соответствии с намечаемой программой в ближайшие пять лет планируется сохранять паритет по приросту запасов и добычи и в дальнейшем обеспечивать расширенное воспроизводство запасов газа. Планируется также расширять участие в проектах по поиску и разработке запасов углеводородного сырья за рубежом. В 2005 г. к списку таких проектов во Вьетнаме, Индии и Узбекистане прибавился проект по разведке запасов углеводородов в Венесуэле.
Транспортировку природного газа осуществляют 17 дочерних обществ, обеспечивающих прокачку газа по магистральным газопроводам протяженностью 155 тыс. км через 268 компрессорных станций (КС) и его поставку в регионы от скважины до конечного потребителя. В 2006 г. поступление газа в газопроводы составило 700,7 млрд, м3, увеличившись по сравнению с 2001 г. на 10,6 %. В целях обеспечения поставок на внутренний рынок и выполнения контрактных обязательств по экспорту газа осуществляется реализация проектов по строительству магистральных газопроводов: строительство газопровода из северных районов Тюменской области до Торжка (СРТО-Торжок), Северо-Европейского газопровода через акваторию Балтийского моря, Ямал-Европа, проходящего по территории Беларуси и Польши, Починки-Изобильное, являющийся частью системы газопроводов Россия-Турция.
ООО «Пермтрансгаз» эксплуатирует 10 634, 56 км газопроводов в однониточном исчислении, в том числе газопроводов-отводов - 1 761,26 км на территории Пермской и Кировской областей, Удмуртской Республики, Республики Башкортостан. Объем транспорта газа, подготовленный ООО «Пермтрансгаз» в 2005г., составил 343 млрд м3. Общее количество обслуживаемых адсорберов составляет 110 штук, для которых затрачивается 21,23 тонны адсорбента.
Газ, подаваемый из ООО «Тюментрансгаз» и транспортируемый
ООО «Пермтрансгаз», в основном в осенне-зимний период не соответствует
5
требованиям ОСТ 51.40-93 по температуре точки росы газа по влаге (ТТРВ), то есть требуется доосушка газа при подаче от одного участка Трансгаза к другому. Для понижения температуры точки росы газа по влаге на объектах транспорта газа необходима замена существующего адсорбента на более эффективный.
Добываемый природный газ, наряду с углеводородами С і-С 12,
содержит углекислый газ, пары влаги, количество которой зависит от состава газа, давления и температуры, и другие примеси. От этих примесей газ (главным образом, метан) должен быть осушен и очищен при транспортировке перед подачей потребителю в качестве топлива или сырья для переработки в химические продукты. Адсорбционный способ подготовки газа в практике газодобычи как отечественной, так и зарубежной, нашел широкое применение и имеет ряд преимуществ перед другими, так же часто используемыми способами промышленной подготовки газа: низкотемпературной сепарацией, абсорбцией гликолями. Это высокие экологические показатели, отсутствие жидкой фазы и коррозионно-активных флюидов в товарном газе, большая глубина осушки, низкий удельный расход адсорбента, а также хорошие эксплуатационные характеристики установок. Наряду с этим, установки адсорбционного типа имеют ряд недостатков, к которым следует отнести высокую металлоемкость, цикличность технологических процессов и сравнительно большое гидравлическое сопротивление в технологической линии осушки. Как справедливо заметил Кэмпбелл в работе [1]: «Многие адсорбционные установки гораздо труднее правильно запроектировать и эксплуатировать, чем подобрать для них пригодный адсорбент. Попытки применять «стандартные» установки для работы в нестандартных условиях приводят к появлению многих проблем в процессе эксплуатации таких установок».
Адсорбционная осушка и очистка природного газа от углеводородов
выше С4 является экономичным и простым способом его подготовки к
транспорту по трубопроводам и доосушки на установке подготовки
6
топливного, пускового и импульсного газа (УПТПиИГ) компрессорной станции (КС) для собственных нужд. В качестве адсорбента в адсорберах используется силикагель. После осушки и очистки на УПТПиИГ газ далее подается по трубопроводам другим участкам Трансгаза и частично к автомобильным газонаполнительным компрессорным станциям (АГНКС), которые предназначены для заправки автомобилей сжатым природным газом. Технологическая схема, эксплуатируемых на предприятии ООО «Пермтрансгаз» и других предприятий ОАО «Газпром» УПТПиИГ отечественного производства, не предусматривает регенерацию адсорбента. Ежегодно производится выгрузка отработанного и загрузка адсорберов свежим адсорбентом.
На долю топливно-энергетического комплекса приходятся 48% выбросов вредных веществ в атмосферу России [123]. Предприятия ТЭК сбросили в окружающую среду 2,15 млрд, м3 сточных вод и ответственны за
л
загрязнение 190 тыс. га земли. Ежегодно сжигается в факелах до 15 млрд, м попутного газа и до 5млн. т конденсата [122]. На КС предприятий ОАО «Газпром» после очистки газа в циклонных пылеуловителях, где от газа также отделяются и собираются в специальные емкости механические примеси, органические вещества, вода и при пропуске очистного устройства, образуются отходы газового конденсата. На предприятии ООО «Пермтрансгаз» отходы утилизируются сторонней организацией согласно договора, т.е. довольно затратный способ для предприятия. Необходимо сохранять окружающую природную среду, организовать и внедрить рациональную систему обращения с отходами, в частности найти пути рационального использования отходов газового конденсата.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с «Переченем проблем ООО «Пермтрансгаз» для разработки проектов молодыми специалистами» по теме - «Предложения по регенерации силикагеля, используемого на установках осушки газа», утвержденным в 2000 году
заместителем генерального директора по производству А.В.Ермолаевым.

Список литературы

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ:
1. Исследованы экспериментально и впервые установлены оптимальные соотношения композиций исследованных силикагелей КСМГ и КСКГ и силикагелей ШСМГ и КСКГ для работы адсорберов установки подготовки газа.
2. Изучены комбинированные многослойные адсорбенты с оптимальным соотношением компонентов и предложены к применению для адсорбционной осушки и отбензинивания природного газа.
3. Исследованы физико-химические свойства отходов газового конденсата и предложено их вторичное использование в качестве топлива печного для коммунально-бытовых нужд, для предприятий сельского хозяйства.
4. Предложен оригинальный метод одновременной оценки качества разных адсорбентов в идентичных производственных условиях.
5. Предложено изменение конструкции адсорбера кольцевого типа во фронтальный и изменение схемы засыпки адсорбента в адсорбер.
6. Разработан технологический регламент и внедрена оптимальная технологическая схема регенерации адсорбента частично осушенным природным газом за счет тепла выхлопных газов двигателя газоперекачивающих агрегатов.
7. Предложенные разработки и рекомендации реализованы в промышленности с общим экономическим эффектом 3,338 млн. рублей за год.